2.1 简谐运动 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

2.1 简谐运动 第二章 机械振动 人教版（2019）选修 第一册 1.通过实验观察，认识机械振动。会运用理想化方法构建弹簧振子模型。 2.通过观察、分析和推理，证明弹簧振子的位移-时间图像是正弦曲线，会用图像描述简谐运动。 3.经历探究简谐运动规律的过程，能分析数据、发现特点、形成结论。 学习目标 1.数学知识回顾：写出函数表达式 y=5sin5πx 导入新课 （1）围绕着“中心”位置 （2）“往复”运动 太阳花、玉兰花枝、蜂翅的运动，共同特点是什么？ 思考 2.观察与思考 阳光下的太阳花 微风中的白玉兰 飞行中的蜜蜂 1.定义： 2.特点 （1）平衡位置——振动停止时物体所在的位置 （2）往复运动——“周期性” 物体或物体的一部分在一个位置附近的往复运动，简称振动。 形成概念：机械振动 观察与演示1：演示装置介绍和操作 本实例：从弹簧看：处于原长； 从小球看：所受合力为零。 1.平衡位置 振动停止时物体所在的位置。 ⑴小球怎样才能持续运动？ ⑵小球可以看做质点吗？ ⑶弹簧各处的速度相等吗？考虑弹簧的质量会给研究带来怎样的困难？ 思考 一、弹簧振子 2.建立理想化模型--弹簧振子 理想化 ⑴不计阻力 ⑵小球可视为质点。 形成概念： 小球和弹簧所组成的系统称作弹簧振子，简称振子。 ⑶弹簧的质量与小球相比可以忽略。 思考：振子的运动位移随时间变化有什么规律？ 观察与演示2： 以平衡位置为坐标原点O，沿振动方向建立坐标轴。规定水平向右为正向，则有：小球在O点右边时位置坐标为正，在左边时位置坐标为负。 ⑴小球的位置——时间图像 1.描述小球的两个图像 A B xA xB x O 物义：描述不同时刻小球的位置。 小球的位置坐标反映小球相对平衡位置的位移 二、弹簧振子的位移——时间图像 ⑵小球的位移—时间（x—t）图像 *小球的位移： A B xA xB x O 位置—时间图像就是小球的位移—时间图像。 特指小球相对平衡位置的位移，小球的位置坐标表示小球位移。 *物义： 表示振动的质点在不同时刻偏离平衡位置的位移。 ⑴频闪照相法（记录相等时间间隔不同时刻小球的位置） ——描点作图 2.图像绘制方法 思考：⑴若底片保持不动，底片上记录下的小球各时刻位置情形如何？ ⑵怎样才能区分(错开)小球在不同时刻的位置？ 猜想：振动图象是一条正弦曲线。 x t 0 ⑴建立x-t坐标系； ⑵旋转为水平方位（便于分析）； ⑶用平滑曲线将小球球心各个时刻位置连接。 图像绘制 频闪时间间隔0.05s 模拟体验：绘制振动图像 一同学匀速拉动一张白纸，另一同学沿与纸运动方向相垂直方向用铅笔往复画线段，观察得到的图象。 ⑵描图记录法 实例：竖直方向振动的弹簧振子的振动图像 提出问题：振动图象是什么曲线？如何采用数学方法验证？ 分析猜想： 自主学习：课本P34—P35验证猜想的两种方法。 x-t 图象是一条正弦曲线。 三、简谐运动 形成概念：简谐运动 1.定义： 2.特点： ⑴对称性 ⑵周期性 3.简谐运动的图像 如果质点的位移与时间的关系遵从正弦函数的规律，即它的振动图象（x—t图象）是一条正弦曲线，这样的振动叫做简谐运动。 振动过程关于平衡位置对称，是一种往复运动。 1.如图所示是表示一质点做简谐运动的图象，下列说法正确的是 (　 ) A.该图象是从平衡位置开始计时画出的 B.t1时刻振子正通过平衡位置向正方向运动 C.t2时刻振子的位移最大 D.t3时刻振子正通过平衡位置向正方向运动 CD 课堂评价 (2)任意时刻质点的振动方向 先判断质点在这段时间内的振动方向，从而确定各物理量的变化。 判断方法： (3)某段时间内位移、速度、加速度的变化情况 (1)任意时刻质点位移的大小和方向。 练后总结：从x-t图像上能够获取哪些信息？ 考察下一时刻质点的位置 判断方法： 2.某质点做简谐运动的振动图像如图所示，根据图像中的信息，回答下列问题： (1)求质点在第1.5 s末的位移; (2)质点振动过程中的最大位移为多少? (3)在前2 s内，质点经过的路程为多少? (1)由x-t图像可以读出1.5 s末质点的位移为-5 cm。 (2)前2 s内，在0.5 s末和1.5 s末位移最大，大小为5 cm。 (3)前2 s内质点先朝正方向运动一个来回，共走10 cm;又在负方向上运动了一个来回，也为10 cm，故总路程为20 cm。 解析： 答案：(1)-5 cm　(2)5 cm　(3)20 cm 1.机械振动：物体在平衡位置（中心位置）两侧附近所做往复运动。通常简称为振动。 平衡位置：振子原来静止时的位置 2.弹簧振子理性化模型：不计阻力、弹簧的质量与小球相比可以忽略。 3.简谐运动：质点的位移与时间的